垃圾渗滤液中有机物分子量的分布及在MBR系统中的变化

摘 要：利用凝胶层析方法分析了垃圾渗滤液中有机物分子量的分布情况，并考察了利用膜生物反应器(MBR)处理垃圾渗滤液系统中有机污染物分子量的分布以及水溶性腐殖质(AHS)含量的变化。研究发现，垃圾渗滤液中的有机物主要由两部分组成，即分子量大于6000的大分子物质和分子量小于1500的小分子物质。大分子物质主要是水溶性腐殖质，而小分子物质主要由挥发性有机酸及水溶性腐殖质组成。大分子的AHS难以被微生物降解，但能被微滤膜截留。大部分小分子的AHS既难以被微生物降解，又不能被膜截留，是构成MBR处理出水COD的主要成分。
关键词：垃圾渗滤液，分布，水溶性腐殖质，膜生物反应器
垃圾渗滤液是一种处理难度很大的高浓度污水。在选择处理方法和工艺时，通常都是根据COD负荷和BOD/COD的比值来进行。国外对垃圾渗滤液中有机物的成分有比较深入的研究。但垃圾渗滤液的成分非常复杂，目前还不能对渗滤液中的有机物进行全分析。
本文对不同季节以及处理前后渗滤液中有机物分子量的分布进行了测定，分析了可能占渗滤液中有机污染物主要部分的挥发性有机酸及水溶性腐殖酸，并考察了利用膜生物反应器(MBR)处理垃圾渗滤液时，这些有机污染物在MBR系统内的变化情况，试图通过这些指标在处理过程中的变化来探讨处理工艺的有效性和合理性。为优化垃圾渗滤液处理工艺提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 处理工艺
垃圾渗滤液分别于2002年12月(水样Ⅰ)，2003年4月(水样Ⅱ)，2003年7月(水样Ⅲ)，2003年11月(水样Ⅳ)取自北京市阿苏卫垃圾填埋场的渗滤液集水井，采集的水样保存于实验室的污水箱中。
采用自行设计的一种新型膜生物反应器处理垃圾渗滤液。膜生物反应器的有效体积为80L，膜组件为两个面积各为0.1m2的聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜，其标称孔径为0.22μm。试验分两个阶段。第一阶段采用膜生物反应器直接处理渗滤液(MBR法)。系统经过40d的接种驯化，水样I与不同比例的生活污水混合后用于活性污泥的驯化。水样Ⅱ，Ⅲ为第一阶段连续运行的水样，系统连续运行114d。第二阶段采用缺氧2膜生物反应器处理渗滤液(AF-MBR法)。即在膜生物反应器前加一个缺氧反硝化反应器(AF)，其有效体积为60L，内装螺旋形弹性填料。膜生物反应器的出水回流至缺氧反硝化反应器，回流比为100%。第二阶段连续运行133d，水样Ⅳ为第二阶段运行时的其中一批水样。
1.2 挥发性有机酸(VFA)的分析
气相色谱法分析渗滤液中的挥发性有机酸。色谱仪为GC-9A型气相色谱仪(Shimadzu Co.)，色谱柱为装填chromosorb101(60—80目)的玻璃柱，柱长1m，FID检测器，N2作载气，气速为50ml/min。柱温为170℃，进样器和检测器温度均为250℃。采用外标法进行定量。
1.3 水溶性腐殖质(AHS)的分析
参照美国APHA标准方法(Method 5510C)进行分离。先将50ml XAD-27树脂(Rohmhaas Co.)用0.1mol/L NaOH浸泡，清洗5d，然后在索氏提取器里依次用正己烷，甲醇，乙腈，甲醇抽提，每种溶剂抽提24h。然后将树脂装填入一支2.6×20cm的玻璃层析柱中。使用前先用去离子水淋洗至淋出液的TOC＜0.5mg/L (Phoenix 8000 TOC分析仪，Tekmar Dohrmann Co.)。在加入样品前，首先依次用0.1mol/L NaOH和0.1mol/L HCl清洗层析柱。用6 mol/L HCl将20ml水样酸化至pH=2，然后用蠕动泵以1.0ml/min的速度将样品泵入层析柱。用100ml酸性水(pH3)以1.0ml/min的速度淋洗样品，然后用0.1 mol/L NaOH以0.2ml/min的速度反向淋洗层析柱。接收淋出液直至淋出液无色。将接收液定容后测定TOC。继续用大约1L的0.1 mol/L NaOH淋洗，然后再用1L去离子水淋洗。在分离下一个样品前，必须先进行3个循环的碱/酸预清洗。用20ml去离子水作为空白样，按以上步骤试验得到空白值。AHS的浓度按下式计算： 
 
式中：A为样品淋出液的TOC(mg/L);B为空白样淋出液的TOC(mg/L);C为淋出液体积(ml);D为水样体积(ml).
1.4 分子量分布的测定
采用凝胶层析法进行分子量分布的分析.层析柱为一条装填Sephadex gel G250(medium)(Amersham Co.)的2.6×100cm的玻璃层析柱。水样经0.45μm滤膜过滤后，取适当体积(使得样品的TOC不超过100mg C)加于层析柱的上端，用淋洗液淋洗层析柱，淋洗液为pH=8的磷酸缓冲溶液。淋洗速度为30ml/h，淋出液用BSZ-100型自动部分收集器接收(上海青浦沪西仪器厂)，每10ml一管，测定每管淋出液的TOC，用分子量分别为20000，10000，3000，1000，400，200的聚乙二醇(Merck Co.)和K2CrO4(分子量为194.2)校正层析柱，得到分子量校正方程为lg(MW)＝5.26－0.006Ve(R2=0.98)，其中MW为分子量，Ve为淋出体积(ml)。
1.5 常规水质分析
NH4-N，NO3-N，NO2-N，TN，PO4-P，pH，电导率和溶解性固体等均按标准方法分析。测定溶解性COD(SCOD)时，先将水样用0.45μm滤膜过滤，然后用CTL -12型COD速测仪(承德华通分析仪器厂)测定，BOD用Oxi Top BOD测定仪(WTW Co.)测定。
2 结果与讨论